東秦嶺寬坪花崗巖體及其附近含銣偉晶巖的成礦機理*

宋公社 楊文博 許 鋒 吳 鵬

(陜西省地質調查中心)

花崗巖體與花崗偉晶巖均屬于巖漿巖范疇，花崗偉晶巖是富含揮發分巖漿緩慢結晶的產物，常形成于地殼較深層位，是一種較為特殊的巖漿巖，以其礦物晶體粗大，并具有特殊的礦物組合及含有豐富的稀有金屬礦物原料為特征[1]。秦嶺造山帶是我國花崗巖及花崗偉晶巖較為發育的地區之一，以陜西境內最為發育，西起寶雞太白，經秦嶺腹地城固—佛坪—寧陜一帶，向東到達丹鳳—商南進入河南盧氏均為巖漿巖發育區，以上地區構成了秦巴地區主要的三大花崗偉晶巖地區[2]。其中，丹鳳—商南至河南盧氏一帶是秦嶺地區偉晶巖脈最為發育的地區，偉晶巖脈分布廣且數量居多。巖漿型偉晶巖脈稀有金屬礦化發育相對較好，以銣、鈮、鉭為主，局部富集鋰、鈹等礦產。以往對東秦嶺花崗偉晶巖評價中，對華北板塊南緣活動陸緣弧內的花崗巖體以其與之有關的花崗偉晶巖脈的研究程度相對較高，在此過程中發現了一些稀有金屬礦產地，如鳳凰寨—大葦園鋰礦點、巒莊鈮鉭、鈹礦點，對于兩大板塊碰撞地帶內的碰撞型花崗巖體，尤其是偉晶巖脈的研究程度則相對較低。本研究通過對東秦嶺商丹地區寬坪花崗巖體及其附近偉晶巖脈的分布特征及含礦性進行調查和評價，并對巖體及偉晶巖脈的成礦機理進行探討，供該區后續找礦工作借鑒。

1 區域地質背景

東秦嶺商丹地區位于商丹地殼對接帶的商丹蛇綠混雜巖帶內，夾持于分水嶺斷裂和商丹斷裂之間(圖1)，呈NWW—SEE向狹長狀展布，東西長約150 km，南北寬約30 km。區內地層由新元古界丹鳳巖群為主體的蛇綠混雜巖與大量造山期花崗巖組成，丹鳳巖群是從秦嶺巖群中解體出來的一套綠片巖相—低角閃巖相變質火山—沉積巖系，是商丹蛇綠雜巖帶最主要的組成部分，包括了中基性—酸性島弧火山巖，具有濁積巖特征的沉積巖(雜砂巖、深水碳酸鹽巖)，超鎂鐵質巖、枕狀玄武巖、放射蟲硅質巖等E-MORB型蛇綠巖以及秦嶺巖群古老殘塊等大小不一的構造卷入的塊體[3]。混雜巖帶內巖漿巖較為發育，由東向西依次為中酸性劉家臺巖體、寬坪巖體、鐵峪鋪巖體及高山寺巖體，中基性巖體發育于該區南部。其中，寬坪巖體在區內發育規模最大，巖體附近形成的偉晶巖脈最為發育。

圖1 東秦嶺商丹地區地質特征

2 巖體特征

2.1 巖體地質特征

2.1.1 寬坪巖體

寬坪花崗巖體呈一狹長透鏡狀沿NWW—SEE向展布，與斷層構造線方向基本一致，長約45 km，寬度為0.5～3 km，巖體與圍巖呈侵入接觸關系，在巖體接觸帶內常見發育數十米長的圍巖變質雜巖體，外接觸帶花崗巖呈寬度不等的脈狀體貫入丹鳳巖群中，顯現了淺源深位原地或半原地侵位的同構造花崗巖特征[4]，屬擠壓環境下的主動侵位。

寬坪花崗巖體巖性以片麻狀中細粒黑云母二長花崗巖為主，通過多陽離子R1-R2圖解(圖2)，發現巖體落入二長花崗巖和正長花崗巖范圍內[5]。巖石呈淺肉紅色—灰白色，中細粒花崗結構，塊狀、片麻狀構造，主要由斜長石、鉀長石、石英、黑云母組成。其中，黑云母含量一般為5%～10%，局部富集地段黑云母含量可達15%以上，呈片狀，片徑為0.5～0.8 mm；斜長石含量約40%，以半自形為主，粒徑為1～2 mm，雙晶以鈉長石雙晶為主，雙晶紋細密；鉀長石含量約25%，以他形晶為主，格子雙晶發育；石英含量約20%，呈他形粒狀，粒徑為0.1～1.0 mm，多波狀消光；磷灰石、鋯石為粒狀自形晶，鋯石放射性暈發育。巖體蠕英結構較發育，巖體內部及邊緣發育強烈的面狀組構，糜棱巖化作用強烈。巖體內部多分布有丹鳳巖群變質巖殘留體及定向展布的暗色閃長質包體[6]。

寬坪花崗巖體相變不明顯，以片麻狀構造為主，部分地段可見似斑狀構造，靠近地層附近，呈細粒狀二長花崗巖。巖體中節理、裂隙發育，裂隙產狀與區域斷裂基本一致，走向110°～290°，沿裂隙可見后期穿插的長英質脈和花崗偉晶巖脈，巖脈多呈細脈狀、團塊狀，其中偉晶巖脈以肉紅色微斜長石花崗偉晶巖脈為主。通過對寬坪巖體進行鋯石w(206U)/w(238U)測年，可知年齡為(442±2.9)Ma[7-8]，與張宗清[7]利用不一致線上交點獲得的(426± 59)Ma年齡值基本一致，是東秦嶺早古生代晚期形成的花崗巖體之一。

圖2 巖石分區R1-R2圖解

2.1.2 花崗偉晶巖脈

在寬坪花崗巖體內部及其南北兩側地層中均見有不同規模的花崗偉晶巖脈出露，巖脈展布與巖體方向基本一致，受商丹斷裂構造線控制，巖脈與圍巖界線清晰，未見明顯的烘烤邊和蝕變現象，脈體在走向上和傾向上連續性較好，巖脈長度一般為數十米至上千米不等，最長可達7 350 m，脈體寬度為數米到十幾米不等，最寬可達25.9 m。偉晶巖脈巖性以微斜長石花崗偉晶巖、云英巖化微斜長石花崗偉晶巖為主，見有少量的富石榴石微斜長石偉晶巖，云英巖化富石榴石微斜長石偉晶巖，硅化微斜長石偉晶巖，高嶺土化微斜長石偉晶巖，綠泥石化微斜長石偉晶巖，綠泥石化、碳酸鹽化微斜長石偉晶巖，硅化、綠泥石化微斜長石偉晶巖以及碳酸鹽化微斜長石偉晶巖。本研究雖然對該區花崗偉晶巖進行了鋯石年齡測試，一方面由于該區偉晶巖中鋯石普遍遭受后期熱液交代作用，鋯石中往往含有較高的U及其他微量元素，給測年工作帶來了挑戰；另一方面，偉晶巖作為花崗巖質巖漿的產物，在巖漿上升過程中往往捕獲老地殼中的鋯石(即捕獲鋯石)，故而最終未得到偉晶巖脈的真實年齡。偉晶巖脈在巖體南側較為發育，本研究在巖體南側的丹鳳縣資峪溝15 km范圍內共圈出了20多條偉晶巖脈(圖3)。

2.2 巖體地球化學特征

寬坪巖體與資峪溝花崗偉晶巖脈的巖石化學成分測試結果見表1。

圖3 丹鳳縣資峪溝銣礦區地質特征

由表1可知：寬坪花崗巖體與其附近的偉晶巖脈中Si含量相對較高，w(SiO2)>70%，屬硅過飽和巖石，巖體及其附近偉晶巖脈以富堿(w(Na2O+K2O) 為6%～11%)、鋁(w(Al2O3)>13.67%)，貧Fe(w(TFe2O3)為0.25%～1.03%，平均為0.49%)、Mg及Ti為主要特征。巖體中長石w(K)/w(Na)為0.53，以斜長石為主，含有一定量的鉀長石，偉晶巖中w(K)/w(Na)大于1，說明偉晶巖脈中的長石礦物主要為含鉀(微斜)長石。經過計算，巖體σ(巖石堿度組合指數)為1.79～3.15(<3.3)，表明寬坪巖體及偉晶巖均屬于鈣堿性花崗巖類巖石。

表1 寬坪花崗巖體及其主要類型花崗偉晶巖巖石化學成分

注：巖體為侵位于巖體中的偉晶巖；圍巖為侵位于地層中的偉晶巖。

結合巖體各類地質數據，利用A/CNK-A/NK判別圖解(圖4)進行了巖體劃分，除1件含綠泥石化、碳酸鹽化微斜長石偉晶巖樣品外，巖體及偉晶巖脈的所有樣品均位于過鋁質巖石范圍中，表明該區偉晶巖可能由過鋁質巖漿結晶而來，與野外觀察結果較吻合。寬坪巖體以黑云母作為主要的富鋁礦物，偉晶巖中出現了往往指示過鋁質巖漿成因的石榴石，兩者地球化學性質一致，與典型的S型花崗巖具有相似特征。

圖4 巖體A/CNK-A/NK圖解

2.3 巖體構造成因

對寬坪花崗巖體及其附近的偉晶巖進行采樣分析，根據樣品微量元素分析結果，在微量元素R1-R2構造環境判別圖上(圖5)，寬坪花崗巖體以及多數偉晶巖樣品均位于同碰撞至后造山范圍中，可見其形成的構造環境主要為同碰撞造山環境，與典型S型花崗巖形成的構造環境一致，但有若干樣品(花崗偉晶巖樣品)沿著非造山趨勢線分布，說明寬坪巖體與多數偉晶巖同處于碰撞花崗巖范圍，部分偉晶巖脈屬非造山期巖漿分異后期的產物。

圖5 微量元素R1-R2構造環境判別圖解

根據寬坪花崗巖體與偉晶巖的地球化學特征以及構造環境判別圖(圖4)，并結合野外鉆探工作所反映出的地質現象，本研究分析認為寬坪花崗巖體與該區偉晶巖的形成與秦嶺造山帶的造山作用密不可分，其地球化學特征指示了該類巖體形成的構造環境是以同碰撞環境為主但逐漸往非造山轉換，在成因上具有一定的繼承性。

3 成礦機理

3.1 寬坪花崗巖體及偉晶巖含礦性

通過對寬坪花崗巖體及其附近主要類型偉晶巖脈進行微量元素分析(表2)，并利用巖石中稀有元素含量與中國花崗巖類巖石中的稀有元素平均含量進行對比，發現寬坪巖體內含有一定量的稀有元素，其中Li、Be、Nb、Ta、Cs等含量略高于中國花崗巖類的平均含量，但受巖體成因、元素化學特征及成礦條件制約，以上元素在該區未形成明顯的富集區和礦化現象。偉晶巖脈的形成是巖漿后期含揮發分的巖漿沿一定的空間(商丹帶次級構造)緩慢結晶而成，有足夠的成巖時間，使得某些元素發生了富集、沉淀[8]。寬坪花崗巖體附近的偉晶巖脈以含有豐富的微斜長石為主要特征，后期雖有輕微的熱液蝕變，但蝕變較弱，發生于巖體局部地段，以云英巖化為主。表2中不同類型偉晶巖中的Rb含量遠遠高于花崗巖體中的Rb含量，Nb、Ta含量也相對較高，具有明顯的富集現象，其他稀有元素含量總體較低。

表2 寬坪花崗巖體及其附近主要花崗偉晶巖稀有元素含量

3.2 含銣偉晶巖稀有元素礦化特征

東秦嶺商丹地區偉晶巖脈以富含微斜長石(微斜(條紋)長石)礦物為主要特征，未見強烈的后期巖漿熱液蝕變和交代作用，僅在局部地區出現較強的云英巖化現象，形成了以白云母和石英為主的礦物。通過前期研究，發現微斜長石及后期云英巖化中白云母的形成，為巖脈內Rb富集提供了可能，Rb以類質同像形式替代含鉀礦物(微斜長石+白云母)中的Ka進入含鉀礦物中[8]。

為進一步分析含礦偉晶巖礦石中的化學成分，了解礦石的元素富集及含礦性，本研究對該區不同類型的含礦偉晶巖采集了17件礦石樣品，對區內常見的微斜長石-微斜(條紋)長石型花崗偉晶巖進行了多元素分析和光譜半定量分析，結果分別見表3、表4。由表3、表4可知：礦石中稀有元素Rb含量相對富集，Rb2O含量均在《礦產資源工業要求手冊》中綜合回收伴生邊界品位指標以上，部分樣品(14-16-22樣品)達到了綜合回收伴生工業品位指標，w(Rb2O)為0.05%～0.21%，含量相對較高。

表3 花崗偉晶巖型銣礦石多元素分析 %

注：帶“*”成分單位為(×10-6)；Au、Ag單位為(×10-9)。

根據礦石光譜半定量分析結果(表4)，對微斜長石-微斜(條紋)長石花崗偉晶巖中檢測出的稀有元素銣、鋰的含量與礦石中的鉀、納含量進行了對比分析，可知：氧化銣的富集與氧化鉀關系密切，在該類花崗偉晶巖型礦石中兩者具有明顯的正相關關系，與氧化鈉的關系不密切，氧化鋰在該類偉晶巖型礦石中的富集現象不明顯，與礦石中的鉀、納無明顯的相關性。

表4 花崗偉晶巖型銣礦石光譜半定量分析 %

4 結 論

(1)寬坪花崗巖體是加里東晚期淺源深位原地或半原地侵位的同構造期花崗巖，屬擠壓環境下的主動侵位形成的巖體。巖體附近形成的花崗偉晶巖脈與寬坪巖體具有一定的繼承性，是寬坪巖體巖漿后期熱液巖漿形成的產物。

(2)寬坪花崗巖體及其附近偉晶巖的含礦性與“我國三稀資源戰略調查研究”項目的相關研究成果[9-10]基本一致，稀有元素Li、Be、Ta、Nb、Rb主要與鈣堿性花崗巖有關，形成于褶皺造山系，屬陸內擠壓環境的產物。

(3)寬坪花崗巖體附近形成的偉晶巖以微斜長石-微斜(條紋)長石花崗偉晶巖為主，其次為云英巖化花崗偉晶巖，少量的石榴石、硅化、綠泥石化及碳酸鹽化微斜長石花崗偉晶巖等。巖脈中的稀有元素銣具有明顯的富集現象，氧化銣含量達到了綜合回收伴生的工業指標，銣的富集與礦石中鉀的含量具有明顯的正相關性。礦石中的含鉀礦物以微斜長石、白云母為主，為該地區尋找偉晶巖型銣礦提供了方向。